KR20190038493A - Metamaterial nanocomposite with high refractive index having broadband feature - Google Patents

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KR20190038493A
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신종화
심현자
이헌
정경재
김리향
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a high refractive index meta-material nanocomposite structure having broadband characteristics in wavelength bands of visible light, ultraviolet light and/or infrared light. The high refractive index meta-material nanocomposite structure comprises unit structures including nanoparticles and a host material, wherein the unit structures are densely arranged in a three-dimension.

Description

광대역 특성을 갖는 고굴절률 메타물질 나노 복합구조체{METAMATERIAL NANOCOMPOSITE WITH HIGH REFRACTIVE INDEX HAVING BROADBAND FEATURE}METAMATERIAL NANOCOMPOSITE WITH HIGH REFRACTIVE INDEX HAVING BROADBAND FEATURE < RTI ID = 0.0 >

본원은, 광대역 특성을 갖는 고굴절률 메타물질 나노 복합구조체 및 상기 메타물질 나노 복합구조체를 포함하는 광학용 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a high refractive index meta material nanocomposite structure having broad band characteristics and an optical film comprising the meta material nanocomposite structure.

반도체 산업의 발전은 반도체 공정에서의 미세 공정의 정밀도 개선에 기반을 두고 있다. 반도체 미세 공정의 주요 핵심 기술은 광리소그래피(photolithography) 과정에서의 에칭 레지스트(etching resist)의 패턴을 얼마나 미세하게 조절할 수 있는지에 달렸고, 이 때 패턴을 미세하게 에칭하기 위해서는 광학시스템의 해상도 개선이 필요하다. 현재 최고의 광리소그래피를 위한 장치는 엑시머 레이저(excimer laser)로서 248 nm 및 193 nm 파장의 빛을 이용해 최소 배선폭 14 nm 수준의 소자를 만들 수 있다. 하지만, 이 한계를 넘어서기 위해서는 다른 대안이 필요한 상태이다. The development of the semiconductor industry is based on improving the precision of microprocessing in semiconductor processes. The key technology of the microfabrication of semiconductors depends on how finely the pattern of the etching resist in the photolithography process can be finely adjusted. In order to finely etch the pattern, it is necessary to improve the resolution of the optical system Do. Currently, the best photolithography device is an excimer laser, which can produce devices with a minimum wiring width of 14 nm using light of wavelengths of 248 nm and 193 nm. However, in order to exceed this limit, other alternatives are needed.

유침(oil immersion) 기술은 광학 현미경에서 대물렌즈와 시료 사이에 특정 광학적 및 점도 특성을 갖는 투명한 오일을 사용하는 것으로서, 오일(oil) 특성 개선에 따라 배선 폭을 수 나노미터 단위로 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있다. 현재, 반도체 공정에서는 오일 대신에 고도로 정수된 물을 사용하기도 한다.The oil immersion technique uses a transparent oil having a specific optical and viscosity characteristic between the objective lens and the sample in an optical microscope and can reduce the wiring width to several nanometers in accordance with the improvement of the oil property It is expected. Currently, highly purified water is used instead of oil in semiconductor processes.

광학시스템으로 구현 가능한 미세 패턴의 크기 관계를 알아보면, 미세 패턴의 크기(δ) = λ /(2NA) 이며, 여기서 λ는 빛의 파장, NA는 렌즈의 개구수(numerical aperture)이며, NA=nsinα0이고, 여기서 n은 오일 또는 물 등, 렌즈와 패턴 사이를 채우고 있는 물질의 굴절률, α0는 시료에서 보여지는 대물렌즈에 의해 벌어진 각도이다. 실제 반도체 공정에서는 선폭을 조금이라도 더 줄이기 위해 이중 노광, 레지스트 현상 조건 조절 등 다양한 기술을 적용하여 상기 단순 관계식에서 정해지는 크기보다 더 작은 선폭을 얻고 있으나, 이와 같은 보조 기술로 선폭을 줄이는 것은 한계가 있으므로, 상기 관계식에서 나타나는 해상도를 근원적으로 줄여야 더 작은 선폭을 얻을 수 있다. 상기 두 개의 관계식으로부터, 미세 패턴 사이즈의 해상도는 대물렌즈와 시료 사이의 오일의 굴절률에 반비례하며, 높은 해상도는 높은 굴절률의 이머전(immersion) 오일이 필요함을 알 수 있다. 하지만, 이 경우 꼭 개선되어야 할 오일의 광학적 특성인 높은 굴절률의 오일 개발은 현재 높은 굴절률 오일이 존재하지 않고 또한 만들기 어려워 개발이 지체되고 있다. (2), where? Is the wavelength of the light, NA is the numerical aperture of the lens, NA is the numerical aperture of the lens, nsin? 0 where n is the refractive index of the material filling between the lens and the pattern, such as oil or water, and? 0 is the angle seen by the objective lens as seen in the sample. In the actual semiconductor process, a line width smaller than the size determined in the simple relation is obtained by applying various techniques such as double exposure and resist development condition control in order to further reduce the line width even a little. However, Therefore, it is possible to obtain a smaller line width by basically reducing the resolution represented by the above relational expression. From the above two relations, it can be seen that the resolution of the fine pattern size is inversely proportional to the refractive index of the oil between the objective lens and the sample, and that a high resolution requires a high refractive index immersion oil. However, in this case, the development of a high refractive index oil, which is an optical characteristic of the oil to be improved, is currently being delayed due to the lack of high refractive index oil and the difficulty in making it.

과거 수년 동안 마이크로파와 가시광 영역에 이르는 다양한 파장 영역에서, 유효 유전율과 유효 투자율이 모두 음의 값을 가지도록 함으로써 음의 굴절률을 가지는 음굴절률 메타물질들이 개발되어 왔다. 그러나 반대 극한인 양의 고굴절률을 가지는 메타물질에 대한 연구는 이론적인 실현가능성에 초점을 둔 채 비교적 덜 연구되어 왔다. 종래 연구들 중에서 분리된 링 공진기들에서 전기적인 공명들을 활용하는 접근법이 굴절률의 증가를 보였지만, 그와 같은 설계들은 태생적으로 좁은 주파수 대역에서 고굴절률을 가진다. 그 메타물질은 공명 주파수 근처에서 강한 분산특성을 보이고 단지 좁은 주파수 영역에서만 원하는 굴절률을 유지한다. 서브파장(파장 이하)의 커패시터(축전기) 배열로 만들어진 메타물질이 광대역에서 높은 유전율을 가지도록 제안되었지만, 이 또한 여전히 자기 투자율 값을 억제하는 강한 반자성 효과로 인하여 문제가 있었다. 최근에야 비로소 이 반자성 효과를 줄이는 광대역 고굴절률 메타물질이 이론적으로 제안되었다. 하지만, 그 제안된 구조 또한 그것이 가지는 삼차원적인 특징으로 인해 손쉬운 구현의 대상이 되지는 못했다.In the past several years, negative refractive index meta materials having negative refractive index have been developed by making both the effective permittivity and the effective permeability both negative in various wavelength ranges from microwave to visible light. However, studies on metamaterials with high refractive indexes in the opposite extreme have been relatively under-researched, focusing on the theoretical feasibility. Among the conventional studies, the approach using electrical resonances in isolated ring resonators showed an increase in refractive index, but such designs inherently have a high refractive index in a narrow frequency band. The metamaterial exhibits strong dispersion characteristics near the resonant frequency and maintains the desired refractive index only in the narrow frequency region. A metamaterial made of an array of capacitors with subwavelengths (wavelengths) has been proposed to have a high dielectric constant in the broadband, but this has also been problematic due to the strong antimagnetic effect of suppressing the magnetic permeability value. Recently, a broadband high refractive index meta-material has been theoretically proposed to reduce this effect. However, the proposed structure is not an easy implementation because of its three-dimensional characteristics.

대한민국 공개특허 제2012-0007819호는 메타 물질 및 그의 제조방법에 관한 것으로서 자연 상태에서 음의 굴절률을 갖는 나노 패턴 구조를 포함하는 메타 물질 및 그의 제조방법에 대하여 개시하고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0007819 discloses a meta material and a method of manufacturing the same, and discloses a meta material including a nanopattern structure having a negative refractive index in a natural state and a manufacturing method thereof.

본원의 일 구현예는 파장보다 매우 작은 크기의 나노입자를 3 차원으로 조밀하게 배열(close-packed)함으로써, 가시광, 자외선 및/또는 적외선 파장대역에서 광대역 특성을 나타내는 동시에 고굴절률을 가지는 메타물질 나노 복합구조체 및 상기 메타물질 나노 복합구조체를 포함하는 광학용 필름을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a nanometer-sized nanoparticle having a broad refractive index in visible light, ultraviolet, and / or infrared wavelength band by closely-packed nanoparticles of a size much smaller than a wavelength, A composite structure and an optical film comprising the meta-material nanocomposite structure.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 단위 구조체들을 포함하며, 상기 단위 구조체는 3 차원으로 배열되어 있는 것인, 메타물질 나노 복합구조체를 제공한다.The first aspect of the present invention provides a meta-material nanocomposite structure comprising unit structures including nanoparticles and a host material, wherein the unit structures are arranged in three dimensions.

본원의 제 2 측면은, 상기 본원의 제 1 측면에 따른 메타물질 나노 복합구조체를 포함하는, 광학용 필름을 제공한다.The second aspect of the present invention provides an optical film comprising the meta-material nanocomposite structure according to the first aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 따르면, 광대역 특성을 나타내는 고굴절률 메타물질 나노 복합구조체가 제공될 수 있다. 본원의 일 구현예에 따른 메타물질 나노 복합 구조체의 단위 구조체는, 파장보다 작은(진공에서의 파장의 약 1/10 이하) 크기로 형성되어 있으며 상기 단위 구조체가 3 차원으로 조밀하게 배열(close-packed) 되어있어, 전체 구조체가 마치 굴절률이 높은 단일 물질과 같은 광학적 효과가 발생할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a high-refractive-index meta-material nanocomposite structure exhibiting broad band characteristics can be provided. The unit structure of the meta-material nanocomposite structure according to an embodiment of the present invention is formed to have a size smaller than a wavelength (about 1/10 of a wavelength in a vacuum), and the unit structure is three- packed) so that the entire structure can have the same optical effect as a single material with a high refractive index.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노입자의 침투 깊이(skin depth)에 상응하거나 또는 더 작은 나노입자의 크기는 나노입자 부분으로의 자기 침투(magnetic penetration)를 유도하여, 상기 나노입자의 유효 투자율의 감소를 방지함으로써 고굴절률을 달성할 수 있다. 아울러, 상기 유전율은, 일정한 값으로 단위 구조체의 크기를 유지하면서 인접한 나노입자와의 간격인 갭(gap)의 폭을 변화함으로써 투자율의 눈에 띄는 변화 없이, 단순한 구조를 통해 자유롭게 조정될 수 있다. 즉, 갭의 폭을 줄임으로써 높은 유전율 및 높은 굴절률이 달성될 수 있으며, 상기 유전율 및 투자율의 조절은 물질의 임피던스(impedance) 및 다른 광학적 특성을 설계하는 데에 있어 중요하기 때문에 리소그래피 및 이미징을 위한 침수렌즈, 도파로 결합기(waveguide coupler), 변조기, 광 검출기 및 에너지 장치에 이르기까지 다양한 광학 장치에서 응용될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the size of the nanoparticles corresponding to or smaller than the skin depth of the nanoparticles induces magnetic penetration into the nanoparticle portion, so that the effective permeability of the nanoparticle It is possible to achieve a high refractive index. In addition, the permittivity can be freely adjusted through a simple structure without a noticeable change in the permeability by changing the width of a gap, which is an interval between adjacent nanoparticles, while maintaining the size of the unit structure at a constant value. That is, high dielectric constant and high refractive index can be achieved by reducing the width of the gap, and since the control of the permittivity and permeability is important in designing the impedance and other optical properties of the material, To immersion lenses, waveguide couplers, modulators, photodetectors, and energy devices.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 표면 플라즈몬 공명에 직접 의존하는 다른 메타물질의 대역폭 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure has an effect of overcoming bandwidth limitation of other metamaterials directly dependent on surface plasmon resonance.

본원의 일 구현예에 따르면, 메타물질 나노 복합구조체는 다른 나노입자 형태와 격자 타입에 대해서도 동일한 효과를 가지므로, 비싸고 복잡한 하향식 나노제작 공정을 대신하여 다수의 상향식 나노입자 합성법에 대한 가능성을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, since the meta-material nanocomposite structure has the same effect for other nanoparticle type and lattice type, it provides a possibility for a large number of bottom-up nanoparticle synthesis methods in place of expensive and complex top- .

도 1은, 본원의 일 구현예에 있어서, 3 차원으로 조밀하게 배열된 정육면체 메타물질 나노 복합구조체의 모식도(a), 및 고굴절률을 달성하기 위한 금속 입자 크기 조건을 나타내는 모식도(b) 이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 유한차분시간영역법(FDTD) 시뮬레이션의 도식이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, FDTD 시뮬레이션에 사용된 물질 데이터이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 메타물질 나노 복합구조체 및 완전 전기 도체의 단위 구조체를 나타낸 이미지[(a), (d), 및 (g)], 각 단위 구조체의 Ex-필드 분포[(b), (e), 및 (h)], 각 단위 구조체의 Hy-필드 분포[(c), (f), 및 (i)]를 나타낸 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 호스트 물질을 Si02로 한 금 메타물질 나노 복합구조체의 유효 유전율, 유효 투자율, 및 유효 굴절률을 나타낸 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 6의 (a) 내지 (f)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 일정한 단위 구조체 크기 하에서 갭의 폭을 변화시킨 완전 전기 도체와 금 메타물질 나노 복합구조체의 점근값[(a) 및 (d)], 투자율[(b) 및 (e)], 굴절률[(c) 및 (f)]을 나타낸 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 7 의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 입방 격자에서의 입방 나노입자 및 육방 격자에서의 구체 나노입자를 나타낸 모식도[(a) 및 (b)], 및 다층 FDTD 시뮬레이션 결과[(c) 및 (d)]이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 블록공중합체 리소그래피에 의한 홀(hole) 패턴의 제작 과정을 나타낸 이미지이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체의 이온 밀링 공정을 나타낸 이미지이다.
도 10의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 11의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체를 나타낸 AFM 이미지이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체의 측정된 투과도를 나타낸 UV-VIS 분광계 스펙트럼이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체의 계산된 투과도를 나타낸 FDTD 시뮬레이션 그래프이다.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, 메타물질 나노 복합구조체의 도출된 유효 굴절률을 나타낸 FDTD 시뮬레이션 그래프이다.
1 is a schematic diagram (a) of a cubic meta-material nanocomposite structure densely arranged three-dimensionally and a schematic diagram (b) showing a metal particle size condition for achieving a high refractive index in one embodiment of the present invention.
2 is a schematic of a finite difference time domain method (FDTD) simulation in one embodiment of the present application.
3 is material data used in the FDTD simulation in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an image [(a), (d), and (g)] showing the unit structure of the meta-material nanocomposite structure and the complete electrical conductor in one embodiment of the present invention; (c), (f), and (i) of the unit structures [(b), (e), and (h)
5 (a) and 5 (b) are FDTD simulation results showing effective permittivity, effective permeability, and effective refractive index of a gold meta-material nanocomposite structure made of SiO 2 as a host material in one embodiment of the present invention.
6A to 6F are graphs showing a relationship between an asymptotic value [(a) and (a) of the gold conductor metamaterial nanocomposite structure in which the width of the gap is changed under a constant unit structure size, (b) and (e), and the refractive indices [(c) and (f)].
7 (a) to 7 (d) are schematic views showing the cubic nanoparticles in the cubic lattice and the spherical nanoparticles in the hexagonal lattice in the embodiment of the present invention [(a) and (b) FDTD simulation results [(c) and (d)].
8 is an image showing a process of manufacturing a hole pattern by block copolymer lithography in one embodiment of the present invention.
9 is an image showing an ion milling process of the aluminum meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.
10 (a) to 10 (d) are SEM images showing an aluminum meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.
11 (a) and 11 (b) are AFM images showing an aluminum meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.
12 is a UV-VIS spectrometer spectrum showing the measured transmittance of the aluminum meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.
13 is a graph of FDTD simulation showing calculated transmittance of the aluminum meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.
14 is a graph of an FDTD simulation showing the derived effective refractive index of the meta-material nanocomposite structure in one embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

본원 명세서 전체에서, "메타물질(metamaterial)"이라는 용어는, 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 유전물질로 설계된 메타 원자(mata atom)의 배열로 만들어진 물질로서, 자연적인 물질들이 가지기 힘든 광학적 성질을 가지도록 인공적으로 설계해 만들어낸 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "metamaterial" refers to a material made of an array of mata atoms designed with a metal or dielectric material sized to a size much smaller than the wavelength of light, It means that it is artificially designed and made to have optical properties.

본원 명세서 전체에서, "조밀하게 배열(close-packed)" 이라는 용어는, 나노입자 또는 단위 구조체가 호스트 물질에서 일정한 단위 구조체의 크기와 갭의 폭을 가지며 3 차원에서 서로 치밀하게 배열되어 있는 상태를 나타내는 것이다. 본원에 따른 조밀하게 배열된 나노입자 및 조밀하게 배열된 단위 구조체는 가시광선에서 자외선 및/또는 적외선 파장대역까지 광대역 특성을 나타내는 동시에 고굴절률을 갖는다. 상기 나노입자 및 단위 구조체의 단위 구조체 크기 및 갭의 폭은 수 나노미터 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Throughout this specification, the term "close-packed" refers to a state in which nanoparticles or unit structures are uniformly arranged in three dimensions with a uniform unit structure size and gap width in the host material . The densely arranged nanoparticles and densely arranged unit structures according to the present invention exhibit broadband characteristics from the visible light to the ultraviolet and / or infrared wavelength band and have a high refractive index. The nanoparticle and the unit structure of the unit structure and the width of the gap may be several nanometers or less, but the present invention is not limited thereto.

본원 명세서 전체에서, "침투 깊이(skin depth)"라는 용어는, 전자기파가 매질의 표면에서 어느 정도까지 파고 들어갈 수 있는 지를 나타내는 깊이를 의미한다. 상기 매질에서, 표피 효과(skin effect)에 따라 전류 밀도는 매질의 표면 가까이에서 최대가 되고, 도체 안으로 파고 들어갈수록 감소하는 경향을 나타낸다. 상기 전류는 외부 표면과 침투 깊이(skin depth)라고 불리우는 레벨 사이인 도체의 "표면"에서 주로 흐르며, 따라서, 상기 침투 깊이는 더욱 상세하게는 표면에서 전류 밀도 또는 전기장 등의 크기가 1/e(37%)까지 떨어지는 깊이를 의미한다. Throughout this specification, the term "skin depth " refers to a depth indicating how far an electromagnetic wave can penetrate from the surface of the medium. In the medium, the current density tends to become maximum near the surface of the medium depending on the skin effect, and tends to decrease as it penetrates into the conductor. The current mainly flows at the "surface" of the conductor between the outer surface and the level called the skin depth, and thus the penetration depth is more specifically defined as the current density or electric field at the surface of 1 / e 37%).

본원 명세서 전체에서, "굴절률"이라는 용어는, 빛이 매질로부터 다른 매질로 진행할 때 두 매질 속에서 진행하는 파동의 속력 비율을 의미한다. 굴절률은 파장에 따라 그 차이를 보이며, 굴절률이 서로 다른 매질의 경계면에서는 빛이 스넬의 법칙에 따라 휘게 되고 입사각에 따라 일부는 반사하게 된다. 상기 굴절률은 다음과 같은 식 1에 대하여 상대 유전율(permiittity)과 상대 투자율(permeability) 곱의 제곱근으로 표현할 수 있으며, 굴절률 값이 증가함에 따라 광학 기기에서 두 물체를 서로 구별할 수 있는 능력인 분해능이 향상되기 때문에 해상도가 증가한다:Throughout this specification, the term "refractive index " refers to the rate of speed of a wave traveling in two media as the light travels from media to another media. The refractive index differs according to the wavelength. At the interface of the medium with different refractive index, the light bends according to Snell's law and partly reflects according to the incident angle. The refractive index can be expressed by the square root of the relative permittivity and the relative permeability with respect to the following Equation 1. As the refractive index value increases, the resolution, which is the ability to distinguish two objects from each other in an optical device, The resolution is increased because it is improved:

[식 1] [Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 단위 구조체들을 포함하며, 상기 단위 구조체는 3 차원으로 배열되어 있는 것인, 메타물질 나노 복합구조체를 제공한다.The first aspect of the present invention provides a meta-material nanocomposite structure comprising unit structures including nanoparticles and a host material, wherein the unit structures are arranged in three dimensions.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체는 3 차원으로 조밀하게 배열(close-packed) 되어있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the unit structure may be three-dimensionally closely packed.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 가시광선, 자외선, 적외선, 및 이들의 조합들로부터 선택되는 파장대역에서 고굴절률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 메타물질 나노 복합구조체의 나노입자의 크기 및/또는 인접한 나노입자와의 간격인 갭의 폭을 조절함으로써 상기 메타물질 나노 복합구조체가 고굴절률을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure may have a high refractive index in a wavelength band selected from visible light, ultraviolet light, infrared light, and combinations thereof, but may not be limited thereto. For example, the meta-material nanocomposite structure may exhibit a high refractive index by controlling the size of nanoparticles of the meta-material nanocomposite structure and / or the width of a gap that is an interval between adjacent nanoparticles, .

종래 테라헤르츠 주파수를 위해 제안되었던 고굴절률 메타물질은, 복잡한 구조로 인한 나노제작의 어려움으로 가시 파장에서 직접적으로 응용하기가 어렵다는 단점이 있다. 그러나, 본원의 일 구현예에 따른 고굴절률 메타물질 나노 복합구조체는 단위 구조체 내에서 나노입자의 크기와 인접한 나노입자와의 간격인 갭의 폭을 적절하게 선택함으로써, 단순한 구조로 유효 투자율의 저하 없이 유효 유전율과 굴절률의 향상을 이끌어 낼 수 있다.The high refractive index meta material proposed for the conventional terahertz frequency has a disadvantage that it is difficult to apply directly at visible wavelength due to the difficulty of nano fabrication due to complicated structure. However, the high-refractive-index meta-material nanocomposite structure according to one embodiment of the present invention can be formed by appropriately selecting the width of the gap that is the gap between the nanoparticle size and the adjacent nanoparticles in the unit structure, It is possible to improve the effective permittivity and the refractive index.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체는 등방성(isotropy) 또는 비등방성(anisotropy)을 가지고 3 차원으로 조밀하게 배열되어 있는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the unit structure may be isotropically or anisotropically and densely arranged three-dimensionally.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 약 200 nm 이하의 파장에서 약 1.5 이상의 극대 굴절률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure may have a maximum refractive index of about 1.5 or more at a wavelength of about 200 nm or less, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 약 200 nm 내지 약 400 nm의 자외선 파장에서 약 2 이상의 극대 굴절률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure may have a maximum refractive index of about 2 or more at an ultraviolet wavelength of about 200 nm to about 400 nm, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 약 400 nm 내지 약 700 nm의 가시광선 파장에서 약 4 이상의 극대 굴절률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure may have a maximum refractive index of about 4 or more at a visible light wavelength of about 400 nm to about 700 nm, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 약 700 nm 이상의 적외선 파장에서 약 5 이상의 극대 굴절률을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure may have a maximum refractive index of about 5 or more at an infrared wavelength of about 700 nm or more, but the present invention is not limited thereto.

도 1의 (a)는 본원의 일 구현예에 따른 고굴절률을 달성하기 위한 유전체 호스트 물질에 포함되어있는 조밀하게 3 차원으로 배열된 정육면체 메타물질 나노 복합구조체의 예시를 나타낸 이미지이다. 도 1에서와 같이, 파란색 및 회색의 영역은 각각 유전체와 금속을 나타낸 것이다. 녹색의 점선 사각형에 의해 둘러싸인 도 1의 [b(i)]에서, 화살표는 전기장을 나타내고 전파 강도(field intensity)는 금속의 전자에 의해 약해진다. 도 1의 [b(ii)]에서, 화살표의 길이는 자기장의 세기를 나타내며 자기장이 금속으로 침투될 때 전파 강도가 약해진다.FIG. 1 (a) is an image showing an example of a densely three-dimensionally arranged cubic meta-material nanocomposite structure included in a dielectric host material for achieving a high refractive index according to an embodiment of the present invention. As in FIG. 1, the blue and gray regions indicate dielectric and metal, respectively. In Fig. 1 [b (i)] surrounded by the dotted green rectangle, the arrows indicate the electric field and the field intensity is weakened by the electrons of the metal. In Fig. 1 (b (ii)), the length of the arrow indicates the intensity of the magnetic field and the intensity of the electromagnetic wave is weakened when the magnetic field penetrates into the metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체에서 상기 나노입자의 크기는 상기 나노입자의 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the size of the nanoparticles in the unit structure may correspond to or smaller than the penetration depth of the nanoparticles, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 침투 깊이는 상기 나노입자의 종류에 따라 상이할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 침투 깊이는 금속뿐만 아니라 도핑이 많이 된 반도체, 또는 유전율의 실수 부분이 음수인 물질에서, 자기장이 내부로 잘 들어가지 못하고 표면으로부터의 거리에 따라 지수함수적으로 감소하기 때문에 각 물질에 따라 각자의 고유한 침투 깊이를 갖는다. 여기서, 침투 깊이는 전자기파가 매질 표면에서 어느 정도까지 파고들어갈 수 있는가를 나타내는 깊이이며, 침투 깊이만큼 파고들었을 때 1/e 만큼 전자기파의 세기가 감소한다. 상기 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 크기의 나노입자를 제조할 경우, 자기장이 단위 구조체에 걸쳐 거의 균일하게 분포되며, 이는 메타물질 나노 복합구조체의 유효 투자율의 감소를 방지함으로써 결과적으로 고굴절률을 갖는 메타물질 나노 복합구조체를 만들어낼 수 있다. 예를 들어, 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 나노입자의 크기는 다음과 같은 식 2의 유도식에 따라 고굴절률을 유도할 수 있다:In one embodiment of the present invention, the depth of penetration may vary depending on the kind of the nanoparticles, but may not be limited thereto. Since the penetration depth is not only a metal but also a doped semiconductor or a material having a negative real part of a permittivity, the magnetic field can not enter the inside and exponentially decreases with distance from the surface. Therefore, Lt; RTI ID = 0.0 > penetration depth. Here, the penetration depth is a depth indicating how far the electromagnetic wave can penetrate from the surface of the medium, and the intensity of the electromagnetic wave decreases by 1 / e when it is penetrated by the penetration depth. When the nanoparticles have a size corresponding to or smaller than the penetration depth, the magnetic field is distributed substantially uniformly throughout the unit structure, which prevents the effective permeability of the meta-material nanocomposite structure from decreasing, Meta-material nanocomposite structures can be created. For example, the size of the nanoparticles corresponding to or smaller than the penetration depth can lead to a high refractive index according to the following formula 2:

[식 2][Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 유도식에서

Figure pat00003
유효 굴절률,
Figure pat00004
는 유효 유전율,
Figure pat00005
는 유효 투자율, a는 단위 구조체(유닛 셀)의 크기, g는 인접한 나노입자와의 간격인 갭의 폭을 의미한다. 메타물질 나노 복합구조체는 기하학에 의해 결정되는 정전용량 효과(capacitive effect)로 인해 광범위한 파장 범위에 걸쳐 거의 일정한 높은 유효 유전율을 갖는다. 일반적으로, 잘 알려지지 않은 (메타)물질의 DC 또는 저-주파수 유전율은, 플레이트 사이의 전체 공간을 채우는 테스트 물질을 갖는 평행플레이트 커패시터의 정전용량(capacitance)과 같은 규모(dimension)이지만 공지의 유전율을 갖는 기준 물질이 채워진 평행플레이트 커패시터의 정전용량을 비교함으로써 정량화될 수 있다. 평행플레이트 커패시터의 상기 정전용량이 C = Q/V = εcap 로서 표현될 때(C, Q, 및 V는 각각 정전용량, 총 전하, 및 총 전압 강하이고, 반면 εcap, A, 및 d는 각각 플레이트 사이의 유전물질의 유전율, 면적 및 거리임), 상기 정전용량은 εcap 에 정비례한다. 따라서, 상기 정전용량의 비율은 테스트 물질 및 기준 물질의 유전율의 비율이다. 메타물질 나노 복합구조체가 플레이트들 사이에 삽입되고, 전하 + Q 및 - Q가 커패시터 플레이트에 인가되는 경우, 상기 전하에 의한 종방향의 전기장이 금속 입자 사이의 갭 영역에서만 존재하고 입자의 내부로부터 배제될 것이며, 이것은 전형적으로 서브-옹스트롬(sub-angstrom)의 단위인, 종방향의 전기장이 토마스-페르미 스크리닝 길이를 넘어 금속 내로 침투할 수 없기 때문이다. 이 사실은 도 1의 (b)에 나타나있다. 메타물질 나노 복합구조체의 유전체 갭 영역에서의 전기장의 세기는 커패시터 플레이트 사이의 공간이 갭 유전체와 같이 동일한 물질(permittivity,
Figure pat00006
)로 채워진 기준 케이스에서 전기장의 세기와 동일하다. 전압 강하가 전기장의 선 적분이기 때문에, 메타물질 나노 복합구조체의 존재 하에서 총 전압 강하는 기준 케이스에서 전압 강하의 g/a로 감소되며, 이것은 상기 정전용량이 a/g만큼 향상되는 것을 의미한다. 따라서, 메타물질 나노 복합구조체의
Figure pat00007
가 또한 a/g만큼 향상되어
Figure pat00008
이 되는 것을 의미한다. 즉, 결과적으로 메타물질 나노 복합구조체가 고굴절률을 위해 '조밀하게 배열(close-packed)된' 어레이를 필요로 하는 것은 a/g인자로 인한 것이다.In this derivation,
Figure pat00003
Effective refractive index,
Figure pat00004
Is an effective permittivity,
Figure pat00005
Is the effective permeability, a is the size of the unit structure (unit cell), and g is the width of the gap, which is the gap with adjacent nanoparticles. The metamaterial nanocomposite structure has a substantially constant high effective dielectric constant over a wide range of wavelengths due to the capacitive effect determined by geometry. In general, the DC or low-frequency dielectric constant of an unknown (meta) material is the same as the capacitance of a parallel plate capacitor with the test material filling the entire space between the plates, but with a known permittivity Can be quantified by comparing the capacitance of the filled parallel plate capacitor with the reference material it has. A parallel plate when the capacitance is expressed as C = Q / V = ε cap of the capacitor (C, Q, and V are respectively the capacitance, the total charge, and the total voltage drop, while ε cap, A, and d The dielectric constant, the area and the distance, respectively, of the dielectric material between the plates), the capacitance is directly proportional to? Cap . Thus, the ratio of the capacitance is the ratio of the dielectric constant of the test material and the reference material. When the meta-material nanocomposite structure is inserted between the plates and charges + Q and -Q are applied to the capacitor plate, the electric field in the longitudinal direction due to the charge exists only in the gap region between the metal particles, This is because the longitudinal electric field, which is typically a sub-angstrom unit, can not penetrate into the metal beyond the Thomas-Fermi screening length. This fact is shown in Fig. 1 (b). The strength of the electric field in the dielectric gap region of the meta-material nanocomposite structure is such that the space between the capacitor plates is the same material (permittivity,
Figure pat00006
), Which is the same as the intensity of the electric field in the reference case. Since the voltage drop is a linear integral of the electric field, the total voltage drop in the presence of the meta-material nanocomposite structure is reduced to g / a of the voltage drop in the reference case, which means that the capacitance is improved by a / g. Thus, the metamaterial nanocomposite structure
Figure pat00007
Is also increased by a / g
Figure pat00008
. That is, the result is that the meta-material nanocomposite structure requires a "close-packed" array for high refractive index because of the a / g factor.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 상기 호스트 물질에 의해 코팅되거나 둘러싸여(wrapping) 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 구조체는 코어-쉘 구조로서 구형의 나노입자를 호스트 물질로 둘러 싼 뒤 이를 또 다른 호스트 물질 속에 배열한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 단위 구조체는 탄소나노튜브와 같은 실린더 형태의 나노입자를 호스트 물질 속에 배열한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자의 배열은 코어-쉘 구조 또는 조밀하게 배열된(close-pack) 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the nanoparticles in the unit structure may be coated or wrapped by the host material, but the present invention is not limited thereto. For example, the unit structure may be a core-shell structure in which spherical nanoparticles are surrounded by a host material and then arranged in another host material, but the present invention is not limited thereto. For example, the unit structure may be formed by arranging nanoparticles in a cylindrical form such as carbon nanotubes in a host material, but the present invention is not limited thereto. For example, the array of nanoparticles may be, but not limited to, a core-shell structure or a close-pack.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자의 소재는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 코어를 비금속 쉘이 둘러싼 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the material of the nanoparticles is selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Cu, Ni, Pt, Ti, (Sn), and combinations thereof, but it may not be so limited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자가 반도체인 경우, 상기 나노입자의 크기가 더 커지더라도 고굴절률을 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 반도체 나노입자의 경우 금속 나노입자보다 침투 깊이가 더 길기 때문에 자기장이 더 깊숙하게 침투할 수 있으며, 따라서 상기 나노입자의 크기가 금속의 경우보다 더 커지더라도 고굴절률을 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the nanoparticles are semiconductors, the nanoparticles may exhibit a high refractive index even though the nanoparticles are larger in size, but the present invention is not limited thereto. In the case of semiconductor nanoparticles, the penetration depth of the nanoparticles is longer than that of the metal nanoparticles, so that the magnetic field penetrates deeper, and thus the nanoparticles may exhibit a higher refractive index even though they are larger in size than metal, .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 유전율의 실수 부분이 음수인 물질을 포함하고, 상기 호스트 물질은 유전율의 실수 부분이 양수인 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 등과 같은 금속 물질; 두 종류 이상의 금속 합금; 그래파이트(graphite), 탄소나노튜브, 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소계 물질; 실리콘, 게르마늄, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 황화납(PbS), 비소화인듐(InAs), 인화인듐(InP), 안티몬화인듐(InSb), 인화갈륨(GaP), 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs)과 같은 반도체 물질; 또는 InGaAsP와 같은 세 종류 이상의 원소들의 화합물 반도체 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 호스트 물질은 이산화규소(SiO2), 산화구리(CuO2), 산화알루미늄(Al2O3), 바나듐 산화물(vanadium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 산화은(silver oxide) 등과 같은 산화물; 질화규소(Si3N4), 사이알론(sialon) 등과 같은 질화물; 실리콘, 게르마늄, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 황화납(PbS), 비소화인듐(InAs), 인화인듐(InP), 안티몬화인듐(InSb), 인화갈륨(GaP), 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs)과 같은 반도체 물질; InGaAsP와 같은 세 종류 이상 원소들의 화합물 반도체 물질; 고분자 물질; 그래파이트와 같은 탄소계 물질; 폴리도파민, 올레일아민과 같은 유기 물질; 또는 물, 오일, 유기 용매 등의 액상 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the nanoparticles in the unit structure comprise a material whose real part of the permittivity is negative, and the host material may include, but is not limited to, a material in which the real part of the permittivity is positive . For example, the nanoparticles may be formed of a metal such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), platinum (Pt), titanium (Ti) matter; Two or more kinds of metal alloys; Carbon-based materials such as graphite, carbon nanotubes, and fullerene; (PbS), indium phosphide (InAs), indium phosphide (InP), indium antimonide (InSb), gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN) Semiconductor materials such as gallium arsenide (GaAs); Or compound semiconductors of three or more kinds of elements such as InGaAsP, but the present invention is not limited thereto. For example, the host material may be selected from the group consisting of silicon dioxide (SiO 2 ), copper oxide (CuO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), vanadium oxide, titanium oxide, Oxides such as; Nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), sialon and the like; (PbS), indium phosphide (InAs), indium phosphide (InP), indium antimonide (InSb), gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN) Semiconductor materials such as gallium arsenide (GaAs); Compound semiconductors of three or more elements such as InGaAsP; Polymer material; Carbon-based materials such as graphite; Organic materials such as polydodamine, oleylamine; Or a liquid substance such as water, oil, organic solvent and the like, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 호스트 물질이 물, 오일 등의 액상 물질일 경우, 상기 호스트 물질은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 담금법, 또는 점적법 등을 이용하여 시료 상에 도포한 후 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the host material is a liquid substance such as water or oil, the host material may be applied to a sample using a spin coating method, a spray coating method, a dipping method, But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자로서 반응성이 높은 금속인 알루미늄(Al)을 사용함으로써, 상기 메타물질 나노 복합구조체의 굴절률을 향상시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the refractive index of the meta-material nanocomposite structure can be improved by using aluminum (Al), which is a highly reactive metal, as the nanoparticles, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 사면체형, 육면체형, 팔면체형, 십이면체형, 십사면체형, 이십면체형, 막대형, 오목한 정사면체형, 정사면체형과 같은 단결정형, 육각판형, 삼각판형, 순환오각쌍정형과 같은 쌍정형, 구형, 타원체형, 실린더형을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nanoparticles in the unit structure may have a single crystal structure, such as a tetragonal, hexahedral, octahedral, tetragonal, tetragonal, transhedral, rodlike, concave tetragonal, , Hexagonal plate type, triangular plate type, circular pentagonal prism shape, twin prism shape, spherical shape, elliptical shape, and cylindrical shape, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자는, 등방성을 가지는(isotropic) 구형, 정사면체형, 정육면체형, 정팔면체형, 정십이면체형, 정십사면체형, 또는 정이십면체형 형상을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nanoparticles may have an isotropic spherical shape, a tetrahedral shape, a cubic shape, an octahedral shape, a quadrilateral shape, a tetragonal tetragonal shape, or a quadrilateral shape. But may not be limited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 단위 구조체에서 형성하는 상기 나노입자는 인접한 나노입자와의 간격인 갭의 폭이 약 10 nm 이하인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자와 인접한 나노입자와의 간격인, 갭의 폭은 약 10 nm 이하, 약 9 nm 이하, 약 8 nm 이하, 약 7 nm 이하, 약 6 nm 이하, 또는 약 5 nm 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the nanoparticles formed in the unit structure may have a gap width of about 10 nm or less, which is an interval between adjacent nanoparticles, but may not be limited thereto. For example, the width of the gap, which is the distance between the nanoparticles and adjacent nanoparticles, is about 10 nm or less, about 9 nm or less, about 8 nm or less, about 7 nm or less, about 6 nm or less, But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자의 유전율은 침투 깊이 하에서 일정한 값으로 단위 구조체의 크기를 유지하면서 갭의 폭을 변화시킴으로써, 투자율의 눈에 띄는 변화 없이 자유롭게 조정될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 투자율이 나노입자에 대해 거의 일정한 반면, 상기 유전율은 갭의 폭에 반비례하기 때문에, 갭의 폭을 줄임으로써 높은 유전율과 높은 굴절률을 달성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the permittivity of the nanoparticles can be freely adjusted without noticeable change in permeability by varying the width of the gap while maintaining the size of the unit structure at a constant value under the penetration depth, . While the permeability is almost constant for nanoparticles, the dielectric constant is inversely proportional to the width of the gap, so that a high permittivity and a high refractive index can be achieved by reducing the width of the gap.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노입자의 유전율의 실수 부분이 음수인 물질은 금속 물질, 탄소계 물질, 도핑에 의해 캐리어 밀도가 향상된 반도체 물질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노입자는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 등과 같은 금속 물질; 두 종류 이상의 금속 합금; 그래파이트(graphite), 탄소나노튜브, 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소계 물질; 실리콘, 게르마늄, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 황화납(PbS), 비소화인듐(InAs), 인화인듐(InP), 안티몬화인듐(InSb), 인화갈륨(GaP), 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs)과 같은 반도체 물질; 또는 InGaAsP와 같은 세 종류 이상의 원소들의 화합물 반도체 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the material in which the real part of the dielectric constant of the nanoparticles is negative is a material selected from the group consisting of a metal material, a carbon-based material, a semiconductor material having improved carrier density by doping, But it is not limited thereto. For example, the nanoparticles may be formed of a metal such as gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), platinum (Pt), titanium (Ti) matter; Two or more kinds of metal alloys; Carbon-based materials such as graphite, carbon nanotubes, and fullerene; (PbS), indium phosphide (InAs), indium phosphide (InP), indium antimonide (InSb), gallium phosphide (GaP), gallium nitride Semiconductor materials such as gallium arsenide (GaAs); Or compound semiconductors of three or more kinds of elements such as InGaAsP, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 호스트 물질의 유전율의 실수 부분이 양수인 물질은 산화물, 질화물, 전하밀도가 낮은 반도체 물질, 고분자 물질, 유기 물질, 액상 물질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 호스트 물질은 이산화규소(SiO2), 산화구리(CuO2), 산화알루미늄(Al2O3), 바나듐 산화물(vanadium oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 산화은(silver oxide) 등과 같은 산화물; 질화규소(Si3N4), 사이알론(sialon) 등과 같은 질화물; 실리콘, 게르마늄, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 황화납(PbS), 비소화인듐(InAs), 인화인듐(InP), 안티몬화인듐(InSb), 인화갈륨(GaP), 질화갈륨(GaN), 비화갈륨(GaAs) 과 같은 반도체 물질; InGaAsP와 같은 세 종류 이상의 원소들의 화합물 반도체 물질; 고분자 물질; 그래파이트, 탄소나노튜브, 풀러렌(fullerene)과 같은 탄소계 물질; 폴리도파민, 올레일아민과 같은 유기 물질; 또는 물, 오일, 유기 용매 등의 액상 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the material in which the real part of the dielectric constant of the host material is positive is selected from the group consisting of oxides, nitrides, semiconductor materials of low charge density, polymeric materials, organic materials, liquid materials, But are not limited thereto. For example, the host material may be selected from the group consisting of silicon dioxide (SiO 2 ), copper oxide (CuO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), vanadium oxide, titanium oxide, Oxides such as; Nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), sialon and the like; (CdTe), lead sulfide (PbS), indium phosphide (InAs), indium phosphide (InP), indium antimonide (InSb), gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN) Semiconductor materials such as gallium (GaAs); Compound semiconductor materials of three or more kinds of elements such as InGaAsP; Polymer material; Carbon-based materials such as graphite, carbon nanotubes, and fullerene; Organic materials such as polydodamine, oleylamine; Or a liquid substance such as water, oil, organic solvent and the like, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 호스트 물질이 물, 오일 등의 액상 물질일 경우, 상기 호스트 물질은 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 담금법, 또는 점적법 등을 이용하여 시료 상에 도포한 후 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the host material is a liquid substance such as water or oil, the host material may be applied to a sample using a spin coating method, a spray coating method, a dipping method, But may not be limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 메타물질 나노 복합구조체를 포함하는, 광학용 필름을 제공한다. The second aspect of the present invention provides an optical film comprising the meta-material nanocomposite structure according to the first aspect.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 메타물질 나노 복합구조체는 나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 단위 구조체들을 포함하며, 상기 단위 구조체는 3 차원으로 조밀하게 배열(close-packed) 되어있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the meta-material nanocomposite structure includes unit structures including nanoparticles and a host material. The unit structure may be three-dimensionally closely packed, But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학용 필름은 고굴절률을 이용하여 광리소그래피 또는 광학 현미경 등 광학 시스템의 분해능을 향상시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical film may be, but not limited to, using a high refractive index to improve the resolution of an optical system, such as a photolithography or optical microscope.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광학용 필름은 증착법, 스프레이법, 담금법, 점적법 등을 이용하여 형성되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the optical film may be formed using a vapor deposition method, a spray method, a dipping method, a drip method, or the like, but may not be limited thereto.

본원의 제 2 측면은 상기 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the second aspect of the present invention has not been described in detail for the first aspect of the present invention, the description of the first aspect of the present invention may be applied to the second aspect of the present invention, have.

본원에서는, 3 차원으로 조밀하게 배열된 금속 나노입자 어레이가 가시광 및 적외선 영역에서 광대역 고굴절률을 달성하기 위해 제안되었다. 조밀하게 배열된 메타물질 나노 복합구조체에서, 작은 간격-대-주기의 비율(gap-to-period ratio)은 유전체 간격 내에서 강력하게 밀폐된 전기장으로부터 더 향상된 유효 유전율로 연결된다. 동시에, 금속 입자의 수십의 나노미터 직경은 초대받지 않은 유효 투자율의 저하를 방지하며, 이것은 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 나노입자의 크기가 금속 입자를 통한 자기장의 침투를 허용하기 때문이다. 전기와 자기장 행동의 이러한 차이는 토마스-페르미 스크리닝 길이 및 침투 깊이 사이의 큰 차이에 기인한다. 그 결과, 메타물질 나노 복합구조체의 유효 굴절률은 가시광 및 적외선 영역에서 천연 물질보다 훨씬 더 높으며 갭의 폭을 변화시킴으로써 쉽게 제어될 수 있다. 상기 제안된 메타물질 나노 복합구조체는 표면 플라즈몬 공명에 직접 의존하는 다른 메타물질의 대역폭 한계를 극복한다. 메타물질 나노 복합구조체의 또다른 장점은 비싸고 복잡한 하향식 나노제작 공정을 대신하여 다수의 상향식 입자 합성법에 대한 가능성을 허용하는 입자 형태 및 격자 타입에서 유효 굴절률의 약한 의존성이다. 유전율 및 투자율을 조절하는 능력은 고굴절률을 달성하는 것뿐만 아니라 임피던스 및 물질의 다른 광학적 특성을 설계하는 데에 있어 중요하기 때문에, 상기 제안된 기법은 리소그래피 및 이미징을 위한 침수 렌즈에서 도파로 결합기(waveguide coupler), 변조기, 광 검출기 및 에너지 장치에까지 다양한 광학 장치에서 응용을 찾을 수 있다.In the present application, a three-dimensionally densely arranged metal nanoparticle array has been proposed to achieve wideband high refractive index in the visible and infrared regions. In a densely arranged meta-material nanocomposite structure, a small gap-to-period ratio is connected from the strongly enclosed electric field within the dielectric gap to a more effective effective permittivity. At the same time, the tens of nanometers in diameter of the metal particles prevent the lowering of the uninvited effective permeability, since the size of the nanoparticles corresponding to or smaller than the penetration depth allows penetration of the magnetic field through the metal particles. This difference in electrical and magnetic field behavior is due to a large difference between the Thomas-Fermi screening length and penetration depth. As a result, the effective refractive index of the meta-material nanocomposite structure is much higher than that of natural materials in the visible and infrared regions and can be easily controlled by changing the width of the gap. The proposed metamaterial nanocomposite structure overcomes the bandwidth limitations of other metamaterials that directly depend on surface plasmon resonance. Another advantage of the metamaterial nanocomposite structure is the weak dependence of the effective refractive index on the particle shape and lattice type, allowing for the possibility of multiple bottom-up particle synthesis methods in lieu of expensive and complex top-down nanofabrication processes. Since the ability to control the permittivity and permeability is important not only in achieving high refractive indices but also in designing other optical properties of impedances and materials, the proposed technique can be used in immersion lenses for lithography and imaging as waveguide couplers, modulators, photodetectors, and energy devices.

이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[실시예] [Example]

실시예 1: FDTD 시뮬레이션 분석Example 1: FDTD simulation analysis

FDTD 시뮬레이션 조건FDTD simulation conditions

유한차분시간영역법 시뮬레이션(FDTD simulation)은 Lumerical Solutions의 제품(버전 8.7.4)을 사용하여 수행되었다. 전체 FDTD 시뮬레이션은 3 차원으로 진행되었다. 도 2에서, 메타물질 나노 복합구조체의 XZ 평면에서의 FDTD 시뮬레이션의 도식을 나타내었다. X-편광을 가진 빛이 Z-방향을 따라 전파하고, 광원 파장의 범위는 200 nm 내지 3,000 nm 이다. 메타물질 나노 복합구조체는 XY 평면의 반복된 단위 구조체로 구성되어있기 때문에, 주기적인 경계 조건은 컴퓨터를 사용한 시간을 절약하기 위해 X-방향 및 Y-방향에서 사용되었다. Z-방향의 양측에서, 완벽하게 매치된 레이어(PML)가 사용되었다. 두 개의 모니터는 S-파라미터법을 이용한 메타물질 나노 복합구조체의 특성을 분석하기 위해 아래와 위에 배치되었다. 모든 시뮬레이션에서, 최소 메쉬 크기는 가장 작은 구조의 십분의 일 크기로 설계되었다. 또한, 최소 메쉬의 크기는 수렴 판정 테스트(convergence test)를 먼저 진행하여 설계하였다. 금 메타물질 나노 복합구조체 시뮬레이션의 경우, Johnson 및 Christy 물질 데이터가 200 nm 내지 3,000 nm에 적용된다. Palik 물질 데이터는 은과 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체 시뮬레이션에 사용되며, 시뮬레이션에서 사용된 물질(금, 은, 및 알루미늄)에 대한 굴절률 등의 물질 데이터는 도 3에 플롯되어있다. 이산화규소는 굴절률이 1.473으로 유전체 호스트 물질로서 선택되었다.A finite difference time domain method simulation (FDTD simulation) was performed using the product of Lumerical Solutions (version 8.7.4). The entire FDTD simulation proceeded in three dimensions. 2, a schematic diagram of FDTD simulation on the XZ plane of the meta-material nanocomposite structure is shown. The light having X-polarized light propagates along the Z-direction, and the range of the light source wavelength is 200 nm to 3,000 nm. Since the metamaterial nanocomposite structure is composed of repeated unit structures in the XY plane, periodic boundary conditions are used in the X- and Y-directions to save computer time. On both sides in the Z-direction, a perfectly matched layer (PML) was used. Two monitors were placed below and above to characterize the metamaterial nanocomposite structure using the S-parameter method. In all simulations, the minimum mesh size was designed to be one tenth the size of the smallest structure. In addition, the size of the minimum mesh is designed by proceeding with convergence test first. For gold metamaterial nanocomposite structure simulations, Johnson and Christy material data are applied at 200 nm to 3,000 nm. The Palik material data is used for simulation of silver and aluminum metamaterial nanocomposite structures, and material data such as refractive index for the materials (gold, silver, and aluminum) used in the simulation are plotted in FIG. Silicon dioxide was selected as the dielectric host material with a refractive index of 1.473.

1-1: 나노입자 크기에 따른 메타물질 나노 복합구조체의 전기 "G 자기장 분포1-1: The "G" magnetic field distribution of the nanocomposite structure with the nanoparticle size

금속의 나노입자 크기에 따른 굴절률 변화를 확인하기 위해, FDTD 시뮬레이션을 이용하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 금속 물질의 경우 완전 전기 도체(perfect electric conductor, PEC)와 금을 비교하였다. 도 4의 (a), (d), 및 (g)는 메타물질 나노 복합구조체 구조의 도식이며, 붉은색 사각형은 각각 하나의 단위 구조체를 나타낸다. 도 4의 (b), (e), 및 (h)는 도 1의 (a)에 나타낸 것과 같이 z-normal view 에서 하나의 메타물질 나노 복합구조체 단위 구조체의 Ex-필드 분포를, (c), (f), 및 (i)는 Hy-필드 분포를 나타낸다. Ex-필드 및 Hy-필드 분포는 단위 구조체의 가장자리에서 최댓값에 의해 정규화되며 이것은 도 4의 (a), (d), 및 (g)의 붉은색 사각형과 일치하였다. 단위 구조체 단면의 중앙 좌표는 통상적으로 (0, 0)이다. PEC는 토마스-페르미 스크리닝 길이와 침투 깊이 0을 가졌으며, 상기 입자의 크기는 두 길이보다 항상 더 컸다. 밴드간 전이 파장 초과의 근적외선 및 가시 파장에서 금의 경우 길이는 각각 서브-옹스트롬 스케일 및 22 nm이었다. 따라서, 18 nm 및 270 nm의 서로 다른 입자 크기를 갖는 두 케이스가 비교되었다. 이것은 침투 깊이보다 각각 더 작았고 더 컸다. 입자 사이즈 대 갭 비율은 9 : 1로 고정되었다. 도 4의 (b), (e), 및 (h)에 나타낸 바와 같이, 전기장은 금속 입자 크기와 관계없이 금속입자 사이의 유전체 간극에서 강하게 국한되었으며 금속이 PEC 또는 금인지 명확하게 확인되었다. 이것은 토마스-페르미 길이가 세 가지 경우에서 입자와 갭의 폭 모두보다 훨씬 짧기 때문이다. 이러한 전기장 국한(confinement)때문에, 상기 유효 유전율은 세 가지 경우 모두에서 유전체의 10 배에 가까워야 한다. 이와는 대조적으로, 자기장 분포는 물질과 크기에 따라 상당히 다르다. 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 자기장은 PEC 입자의 외부에만 존재했다. 이것은 강한 반자성 특징을 나타낸다. 금 입자의 경우, 자기장은 입자 내부로 침투했다. 경험적으로, 이러한 분포는 1 차의 쌍곡선 코사인 함수(hyperbolic cosine function)로 조사될 수 있었다. 따라서, 금 입자의 크기가 침투 깊이보다 더 클 때, 자기장은 주로 입자의 내부 영역으로부터 대부분 침투하지 못했고, 필드 프로파일은 강한 반자성을 나타내며 PEC 입자의 것과 가까워졌다[도 4의 (i)]. 그러나, 금 나노입자의 크기가 18 nm일 때(단위 구조체 크기 20 nm, 갭 2 nm), 유전체 갭에서 최댓값으로 정규화(normalized)될 때, 자기장이 나노입자의 중심에서 0.9465의 최소값을 가지며 단위 구조체에 걸쳐 거의 균일하게 분포되어 있음이 발현되었다[도 4의 (f)]. 그러므로, 나노입자의 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 금속 나노입자의 크기는 금속을 통한 자기 침투(magnetic penetration)를 유도하기 위한 중요한 열쇠이며, 이것은 메타물질 나노 복합구조체의 유효 투자율의 심각한 감소를 방지하는 것을 직접적으로 유도한다. 자기장의 결과는 도 1의 (c)에서 제안된 아이디어에 해당하며, 금속 입자에 상응하는 침투 깊이는

Figure pat00009
인 고굴절률을 실현할 수 있다.FDTD simulation was used to confirm the refractive index change according to the nanoparticle size of the metal. As shown in FIG. 4, a perfect electric conductor (PEC) and gold were compared for metal materials. 4 (a), 4 (d) and 4 (g) are schematic diagrams of the structure of the nanocomposite structure of meta-material, and red squares represent one unit structure. 4 (b), (e), and (h) show the Ex-field distribution of one meta-material nanocomposite structure unit structure in the z-normal view as shown in Fig. , (f), and (i) show the Hy-field distribution. The Ex-field and Hy-field distributions are normalized by the maximum value at the edge of the unit structure, which is consistent with the red squares in Figs. 4 (a), (d), and (g). The center coordinate of the unit structure cross section is typically (0, 0). The PEC had a Thomas-Fermi screening length and penetration depth of 0, and the particle size was always greater than both lengths. The lengths of gold in the near-infrared and visible wavelengths above the interband transition wavelengths were sub-angstrom scale and 22 nm, respectively. Thus, two cases with different particle sizes of 18 nm and 270 nm were compared. This was smaller and larger than the depth of penetration, respectively. The particle size to gap ratio was fixed at 9: 1. As shown in Figures 4 (b), (e), and (h), the electric field was strongly localized in the dielectric gap between the metal particles regardless of the metal particle size and the metal was clearly identified as PEC or gold. This is because the Thomas-Fermi length is much shorter than both the particle and gap widths in the three cases. Because of this confinement, the effective permittivity should be close to 10 times that of the dielectric in all three cases. In contrast, magnetic field distribution varies considerably with matter and size. As shown in Fig. 4 (c), the magnetic field was only present outside the PEC particles. It exhibits strong antiferromagnetic characteristics. In the case of gold particles, the magnetic field penetrated into the particles. Empirically, this distribution could be investigated as a hyperbolic cosine function of the first order. Thus, when the size of the gold particles is larger than the penetration depth, the magnetic field largely fails to penetrate most of the interior region of the particle, and the field profile exhibits strong diamagnetism and is close to that of the PEC particle (FIG. However, when the size of the gold nanoparticles is 18 nm (unit structure size 20 nm, gap 2 nm) and the normalized to the maximum value in the dielectric gap, the magnetic field has a minimum value of 0.9465 at the center of the nanoparticle, (Fig. 4 (f)). Therefore, the size of the metal nanoparticles corresponding to or smaller than the penetration depth of the nanoparticles is an important key for inducing magnetic penetration through the metal, which prevents a significant decrease in the effective permeability of the metamaterial nanocomposite structure Directly. The result of the magnetic field corresponds to the idea proposed in Fig. 1 (c), and the penetration depth corresponding to the metal particles is
Figure pat00009
A high refractive index can be realized.

1-2: 메타물질 나노 복합구조체의 굴절률 확인1-2: Determination of the refractive index of a metamaterial nanocomposite structure

정량 분석을 위해, s-파라미터 추출법이 FDTD 시뮬레이션으로부터 유효 물질 특성 값을 계산하기 위해 사용되었다. 20 nm 단위 구조체 및 SiO2로 채워진 2 nm의 갭을 가진 금 메타물질 나노 복합구조체에 대한 굴절률, 유전율, 및 투자율의 추출된 유효값이 도 5에 플롯되었다. 도 5의 (a)는 금 메타물질 나노 복합구조체의 유효 유전율(

Figure pat00010
) 및 투자율(
Figure pat00011
)을, 도 5의 (b)는 유효 굴절률 및 FOM의 실제, 허수 부분을 나타낸다. 단위 구조체 크기 및 갭의 폭은 각각 20 nm 및 2 nm이었으며, 사용된 호스트 물질은 SiO2이었다. 도 5의 (a)에서 상단의 녹색 및 하단의 붉은색 점선은 메타물질 나노 복합구조체의 유효 유전율 및 투자율의 점근선이다. 도 5의 (b)에서 녹색 점선은 메타물질 나노 복합구조체의 유효 굴절률의 점근선이다. 메타물질 나노 복합구조체는 800 nm 부근에서 두드러진 공명 특성을 나타내며, 공명 피크 이후 넓은 파장 범위에 걸쳐 거의 일정한 매우 높은 굴절률을 나타낸다는 것이 확인되었으며, 이것은 입자의 형태 및 크기에 의해 조절될 수 있는 나노입자의 쌍극 공명(dipolar resonance)으로 인한 것이다. 도 5에서 점선으로 표시된, 장-파장 한계에서 유효 물질 파라미터의 점근값(asymptotic value)은 이론적 예측에 매우 가까웠다. 점근선의 유전율, 투자율, 및 결과 굴절률은 21.2, 0.983, 및 4.57이었으며, 그에 대한 이론상의 값은
Figure pat00012
=(20/2)×2.17=21.7, 0.998, 및 4.65이었다.
Figure pat00013
로서 정의된 성능 지수(figure of merit, FOM)는 가시광 및 근적외선 영역에서 메타물질에 대해 상당히 높으며, 이것은 현재의 디자인 연구가, 공명 및 관련된 강한 분산에 직접 의존하는 종래 제안되었던 메타물질의 대부분과 달리, 공명으로부터 무관하다는 사실에 주로 기인된 것이다.For quantitative analysis, the s-parameter extraction method was used to calculate the effective material property values from the FDTD simulation. The extracted effective values of refractive index, permittivity, and permeability for a gold metamaterial nanocomposite structure with a 20 nm unit structure and a 2 nm gap filled with SiO 2 were plotted in FIG. 5 (a) shows the effective permittivity of the gold metamaterial nanocomposite structure (
Figure pat00010
) And permeability (
Figure pat00011
, And FIG. 5 (b) shows the actual and imaginary parts of the effective refractive index and the FOM. The unit structure size and the gap width were 20 nm and 2 nm, respectively, and the host material used was SiO 2 . In FIG. 5 (a), the red dotted line at the upper green and the red dot at the lower end are asymptotes of the effective permittivity and permeability of the meta-material nanocomposite structure. In FIG. 5 (b), the dotted green line is the asymptote of the effective refractive index of the meta-material nanocomposite structure. It has been found that the meta-material nanocomposite structure exhibits remarkable resonance characteristics near 800 nm and exhibits a substantially constant very high refractive index over a wide wavelength range after the resonance peak. This is because the nanoparticles Which is due to the dipolar resonance. The asymptotic value of the effective material parameter at the long wavelength limit, shown in dashed lines in Fig. 5, is very close to the theoretical prediction. The permittivity, permeability, and resulting index of asymptotes were 21.2, 0.983, and 4.57,
Figure pat00012
= (20/2) x 2.17 = 21.7, 0.998, and 4.65.
Figure pat00013
, The figure of merit (FOM) is fairly high for metamaterials in the visible and near-infrared regions, which indicates that current design studies have shown that, unlike most of the previously proposed metamaterials, which are directly dependent on resonance and associated strong dispersion , Which is largely due to the fact that it is independent of resonance.

1-3: 메타물질 나노 복합 구조체의 굴절률 조절1-3: Refractive Index Control of Metamaterial Nanocomposite Structure

메타물질 나노 복합구조체의 단위 구조체의 크기와 갭의 폭 조절에 따른 굴절률을 확인하기 위해, FDTD 시뮬레이션을 이용하였다. 유전율이 그렇지 않은 반면에 투자율은 침투 깊이에 비하여 입자의 상대적인 크기에 크게 의존하기 때문에, 메타물질 나노 복합구조체의 자기 및 전기적 특성은 독립적으로 조절될 수 있다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 상기 유전율은 침투 깊이 하에서 20 nm의 일정한 값으로 단위 구조체의 크기를 유지하면서 갭의 폭을 변화함으로써 투자율에서 눈에 띄는 변화 없이 자유롭게 조정될 수 있다[도 6의 (a) 내지 (c)]. 투자율이 금 메타물질 나노 복합구조체에 대해 거의 일정한 반면에 상기 유전율은 갭의 폭에 반비례한다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 높은 투자율 및 높은 굴절률은 갭의 폭을 줄임으로써 달성될 수 있다. 한편, 상기 자기적 특성은 동일한 유전율을 지속하기 위해 단위 구조체의 크기와 갭의 폭 사이의 비율을 일정하게 10 : 1로 유지하면서 단위 구조체의 크기를 변화시킴으로써 자기 반응이 거의 없는 것(1 근처의 투자율)에서 매우 강한 반자성(0 근처의 투자율)으로 설계될 수 있다[도 6의 (d) 내지 (f)]. 기하학 및 금의 침투 깊이에 기반한 상기 이론적인 예측은, 본원의 모델을 더욱 입증하면서 FDTD 결과와 잘 일치한다. 비교에서, 토마스-페르미 길이가 두 경우에서 무시할 수 없을 때 상기 유전율이 금 메타물질 나노 복합구조체와 거의 일치하는 반면에, PEC와, 22 nm의 금을 대신하여 0의 침투 깊이을 갖는 PEC로 만들어진 가상의 메타물질 나노 복합구조체는 매우 다른 투자율을 나타낸다. 전기 및 자기적 특성의 이러한 독립적인 통제를 활용하여, 매우 높은 굴절률(

Figure pat00014
) 또는 매우 높은 어드미턴스(admittance) (
Figure pat00015
) 및 중간의 어떠한 것을 갖는 광대역 메타물질을 설계할 수 있다.FDTD simulation was used to confirm the refractive index of the nanocomposite structure of the metamaterial nanocomposite structure according to the size of the unit structure and the width of the gap. The magnetic and electrical properties of the metamaterial nanocomposite structure can be controlled independently because the permeability is highly dependent on the relative size of the particles relative to the penetration depth, whereas the dielectric constant is not. As shown in FIG. 6, the dielectric constant can be freely adjusted without noticeable change in permeability by changing the width of the gap while maintaining the size of the unit structure at a constant value of 20 nm under the penetration depth (FIG. 6 (a) (C). It can be seen that the permeability is almost constant for the gold metamaterial nanocomposite structure, while the dielectric constant is inversely proportional to the width of the gap. Thus, a high permeability and a high refractive index can be achieved by reducing the width of the gap. In order to maintain the same permittivity, the magnitude of the magnetic characteristic is changed by changing the size of the unit structure while maintaining the ratio between the size of the unit structure and the width of the gap at a constant ratio of 10: 1, (Magnetic permeability near 0) (FIG. 6 (d) to (f)). This theoretical prediction, based on geometry and gold penetration depth, is in good agreement with the FDTD results further validating our model. In comparison, when the Thomas-Fermi length is not negligible in both cases, the permittivity almost coincides with the gold metamaterial nanocomposite structure, whereas the PEC and PEC with a penetration depth of 0 instead of 22 nm gold The nanomaterial structure of the metamaterial shows a very different permeability. Utilizing this independent control of electrical and magnetic properties, very high refractive index (
Figure pat00014
) Or very high admittance (
Figure pat00015
Lt; / RTI > and any of the middle.

1-4: 금, 은, 및 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체1-4: Gold, silver, and aluminum metamaterial nanocomposite structures

상기 이론적 모델 및 분석이 다른 금속에게도 적용되는지 확인하기 위해, 금, 은, 및 알루미늄에 대해 FDTD 시뮬레이션을 실시하였다. 결과는 표 1에서 비교되었으며 그들은 유효값이 두드러지게 차이가 나지 않음을 보여주었고, 이것은 이러한 금속이 비슷한 침투 깊이를 가지고 있다는 사실에 기인된다. 그러나, 상기 공명 파장(resonance wavelength)은 표면 플라즈몬 주파수에 영향을 받으며 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체에 대해 두드러지게 짧다. 이것은 알루미늄이 큰 광학적 손실로 인해 작은 FOM을 가짐에도 불구하고, 20 nm 입자 크기를 갖는 알루미늄 메타물질 나노 복합구조체가 가시 범위에서 광대역 고굴절률이 가능하다는 것을 의미한다. 또한 이것은 광학적으로 투명한 호스트 매질(host medium)로 다양한 종류의 유전체들을 활용할 수 있다. 메타물질 나노 복합구조체의 유효 굴절률이 호스트 매질의 굴절률과 연속적으로 비례하기 때문에, 만약 SiO2보다 고굴절률을 갖는 호스트 물질에 메타물질 나노 복합구조체가 박혀있다면 더 높은 유효 굴절률을 달성할 수 있다.FDTD simulations were performed on gold, silver, and aluminum to verify that the theoretical model and analysis also apply to other metals. The results were compared in Table 1 and they showed that the valid values were not significantly different, which is due to the fact that these metals have similar penetration depths. However, the resonance wavelength is affected by the surface plasmon frequency and is remarkably short for the aluminum metamaterial nanocomposite structure. This means that although the aluminum has a small FOM due to large optical losses, the aluminum meta-material nanocomposite structure with a 20 nm particle size is capable of broadband high refractive index in the visible range. It is also an optically transparent host medium that can utilize various types of dielectrics. Since the effective refractive index of the meta-material nanocomposite structure is continuously proportional to the refractive index of the host medium, a higher effective refractive index can be achieved if the meta-material nanocomposite structure is embedded in a host material having a higher refractive index than SiO 2 .

Figure pat00016
Figure pat00016

1-5: 격자 형태에 따른 굴절률 비교1-5: Comparison of Refractive Index According to Grid Pattern

상이한 격자 형태에서의 메타물질 나노 복합구조체의 굴절률을 확인하기 위해, FDTD 시뮬레이션을 실시하였다. 상기 실시예의 메타물질 나노 복합구조체가 비록 입방 격자(cubic lattice)와 입방 입자로 가정될지라도, 상기 원칙은 다른 입자 형태와 격자 타입에 대해 동일하게 유지되며 고굴절률은 조밀하게 배열된 구성에서 하부-침투-깊이-스케일(sub-skin-depth-scale) 입자에 의해 달성된다. 비교를 위해, 육방 격자(hexagonal lattice)에서의 구체가 고려되었다. 도 7에서 (a)는 입방 격자에서 정육면체 나노입자의 다층의 도식이며, 도 7의 (b)는 호스트 물질에 포함된 육방정계 어레이에서 나노스피어를 나타낸다. 도 7의 (c)는 금 정육면체의 다층의 FDTD 결과이고 상기 금 정육면체의 단위 구조체의 크기 및 갭의 폭은 각각 20 nm 및 2 nm이다. 도 5의 (d)는 금 구체의 다층의 FDTD 결과로, 구체의 직경 및 중심-대-중심 거리는 각각 19 nm 및 20 nm이다. 도 7의 (c) 및 (d)에서 1 내지 20은 레이어의 수를 나타낸다. 한 가지 미묘한 점은 구체의 모노-레이어가 위와 아래의 레이어로부터 잘려진 구체(truncated sphere)를 또한 포함하는 격자의 진정한 단위 구조체가 아니라는 것이다. 따라서, 레이어의 수에 관계없이 다른 것과 밀접하게 중첩된 장 파장 레짐(regime) 에서의 모든 데이터인 도 7의 (c)에서의 금 정육면체 형태의 메타물질 나노 복합구조체와는 대조적으로, 육방격자 형태의 메타물질 나노 복합구조체의 추출된 굴절률은 얇은 샘플에 대해 레이어-번호 의존성을 나타냈다[도 5의 (d)]. 그러나, 구체의 5 층 또는 그 이상의 레이어를 갖는 샘플에 대해, 유효 굴절률은 거의 포화되었으며 그것의 장-파장 값은 4.10으로서, 정육면체 형태의 메타물질 나노 복합구조체의 것(4.48)과 유의한 차이를 보이지 않았다. 정확한 입자 형태에 대한 유효 굴절률의 이러한 불감도(insensitiveness)는 이전에 보고되었던 금속 나노입자 합성법의 다양한 활용을 가능하게 한다.To confirm the refractive indices of the metamaterial nanocomposite structures in different lattice forms, FDTD simulations were performed. Although the meta-material nanocomposite structure of this embodiment is assumed to be a cubic lattice and a cubic particle, the principle remains the same for other particle types and lattice types, and the high refractive index is maintained in a densely arranged configuration, And is achieved by sub-skin-depth-scale particles. For comparison, spheres in a hexagonal lattice were considered. FIG. 7 (a) is a multi-layer schematic diagram of a cubic nanoparticle in a cubic lattice, and FIG. 7 (b) shows a nanosphere in a hexagonal array included in a host material. 7C is a result of the multi-layer FDTD of the gold cube, and the size and the width of the unit structure of the gold cube are 20 nm and 2 nm, respectively. Fig. 5 (d) is a result of multi-layer FDTD of gold spheres, the sphere diameter and the center-to-center distance are 19 nm and 20 nm, respectively. In Figures 7 (c) and 7 (d), 1 to 20 indicate the number of layers. One subtle point is that the mono-layer of the sphere is not the true unit structure of the lattice, which also includes the truncated sphere from the top and bottom layers. Thus, in contrast to the gold-cube-shaped meta-material nanocomposite structure in Figure 7 (c), which is all data in a long wavelength regime closely overlapped with another, regardless of the number of layers, The extracted refractive indices of the meta-material nanocomposite structure of the sample showed a layer-number dependence on a thin sample (Fig. 5 (d)). However, for samples with five or more layers of spheres, the effective refractive index was nearly saturated and its intestinal-wavelength value was 4.10, which was significantly different from that of the cube-shaped metamaterial nanocomposite structure (4.48) I did not see it. This insensitiveness of the effective refractive index to the precise particle morphology enables various applications of previously reported metal nanoparticle synthesis methods.

실시예 2: 실제 메타물질 나노 복합구조체의 제작Example 2: Fabrication of actual meta-material nanocomposite structure

2-1: 블록공중합체 리소그래피에 의한 구멍 패턴 제조2-1: Manufacture of hole pattern by block copolymer lithography

매우 작은 나노 스케일의 구조체를 만들기 위해, 도 8에서 볼 수 있는 것과 같이 BCP 리소그래피를 사용하여 구멍 패턴을 제작하였다. 4 인치 실리콘 웨이퍼는 초음파 배스(ultra-sonic bath)를 사용하여 세척되었다. 세척은 탈이온수, 아세톤, 아이소프로필 알코올, 탈이온수 웨이퍼(DI wafer)의 순서로 15 분 동안 각각 수행되었다. 기판(substrate)을 더욱 친수성으로 만들기 위해, UV-오존 처리가 30 분 동안 수행되었다. PS-b-PMMA를 코팅하기 전에, 기판의 표면 모폴로지를 수정하기 위해 랜덤 브러쉬 용액(random brush solution)이 코팅되었다. 랜덤 브러쉬 용액은 1 wt%였으며 톨루엔 용매(99.8% purity, Sigma Aldrich)에 용해되었고, (PS-r-PMMA)-OH 랜덤 브러쉬의 분자량의 평균값(Mn)은 62%의 스티렌을 갖는 8 kg mol- 1이었다. 그 다음, 기판은 진공오븐에서 12 시간 동안 160℃에서 열 어닐링되었다. 표면이 변화된 웨이퍼 위에, 2 wt% PS-b-PMMA 용액이 1 분 동안 2,500 rpm에서 스핀-코팅되었다. PS-b-PMMA 블록공중합체는 PS와 PMMA 블록에 대해 각각 140 kg mol-1 및 65 kg mol-1의 Mn을 가졌다. 직경 30 nm의 실린더 구조를 제작하기 위해 선택되었다. 용액은 톨루엔 용매, 2 wt%에 용해되었다. 상기와 같이 코팅된 웨이퍼는 주기적인 실린더 패턴을 제작하기 위해 진공 오븐에서 6 시간 동안 250℃에서 열 어닐링되었다. To create a very small nanoscale structure, a hole pattern was made using BCP lithography, as can be seen in Fig. The 4-inch silicon wafers were cleaned using an ultra-sonic bath. Washing was carried out in the order of deionized water, acetone, isopropyl alcohol, DI water wafer for 15 minutes, respectively. To make the substrate more hydrophilic, UV-ozone treatment was carried out for 30 minutes. Prior to coating PS-b-PMMA, a random brush solution was coated to modify the surface morphology of the substrate. The average value (Mn) of the molecular weight of the (PS-r-PMMA) -OH random brush was 8 kg mol with 62% of styrene (Sigma Aldrich) - 1 . The substrate was then thermally annealed at 160 DEG C for 12 hours in a vacuum oven. 2 wt% PS-b-PMMA solution was spin-coated at 2,500 rpm for 1 minute on the surface-modified wafer. The PS-b-PMMA block copolymer had Mn of 140 kg mol -1 and 65 kg mol -1 for PS and PMMA blocks, respectively. Was selected to fabricate a cylinder structure with a diameter of 30 nm. The solution was dissolved in toluene solvent, 2 wt%. The coated wafer as described above was thermally annealed at 250 DEG C for 6 hours in a vacuum oven to produce a periodic cylinder pattern.

250℃의 열 어닐링 공정 후, BCP(diblock-copolymer) 코팅된 웨이퍼는 PMMA 마이크로상(microphase)을 분해하고 마이크로상을 단단하게 하기 위해 UV 라이트(UV cross-linker, Spectronics)의 2 J로 노출되었다. 상기 웨이퍼는 아세트산 용액(99.9% purity, Junsei corp.)에 10 분간 보관된 뒤 PMMA 마이크로상을 제거하기 위해 10 분 동안 탈이온수에 의해 세정되었다. 아세트산은 분해된 PMMA를 선택적으로 제거하며, 따라서 화학적 에칭 공정 이후, 30 nm의 구멍 패턴이 웨이퍼 상에 균일하게 제작되었다.After the thermal annealing process at 250 ° C, the BCP (diblock-copolymer) coated wafer was exposed to UV light (UV cross-linker, Spectronics) at 2 J to decompose the PMMA microphase and solidify the microphase . The wafer was stored in an acetic acid solution (99.9% purity, Junsei corp.) For 10 minutes and then rinsed with deionized water for 10 minutes to remove the PMMA microphase. Acetic acid selectively removes the degraded PMMA, so after the chemical etching process, a hole pattern of 30 nm was uniformly produced on the wafer.

2-2: 알루미늄 나노 복합구조체의 제조2-2: Preparation of aluminum nanocomposite structure

알루미늄 나노 복합구조체를 제작하기 위해, 도 9에서 보여지는 것과 같이 이온 밀링법(ion milling method)을 이용하였다. 제조된 30 nm의 구멍 패턴이 플루오린화 수소산(49% 내지 51% HF 용액, J. T. Baker.)을 사용하여 원래 기판으로부터 분리되었다. 상기 분리된 구멍 패턴은 알루미늄 박막 표면 위에 전사되었다. 알루미늄 박막은 증착법에 의해, 투명한 쿼츠 기판 위에 증착되었다. 알루미늄 박막은 고 진공 상태(저항성법, 10-7 torr)하에서 증착된다. 구멍 패턴이 알루미늄 표면 위에 전사된 후, 홀 직경을 조절하고 기판 위의 PMMA 잔여물을 제거하기 위해 산소 리액티브 이온 에칭(RIE)이 10 초간 수행되었다. 따라서, 구멍의 직경은 RIE 처리 이후 40 nm로 확대되었다.In order to fabricate an aluminum nanocomposite structure, an ion milling method was used as shown in FIG. The hole pattern of 30 nm produced was separated from the original substrate using hydrofluoric acid (49% to 51% HF solution, JT Baker.). The separated hole pattern was transferred onto the aluminum thin film surface. The aluminum thin film was deposited on a transparent quartz substrate by vapor deposition. The aluminum thin film is deposited in a high vacuum state (resistance method, 10 -7 torr). After the hole pattern was transferred onto the aluminum surface, oxygen reactive ion etching (RIE) was performed for 10 seconds to adjust the hole diameter and remove the PMMA residue on the substrate. Therefore, the diameter of the hole was enlarged to 40 nm after the RIE process.

알루미나(Al2O3)가 알루미늄 박막과 동일한 조건에서 증착법에 의해 전송된 구멍 패턴에 증착되었다. 톨루엔 배스에서 초음파 처리함으로써 알루미늄 표면으로부터 PS 도메인을 갖는 BCP 구멍 패턴이 제거되었다. 고분자 도메인의 제거 후, 알루미늄 표면 위의 이온 밀링 마스크를 위한 알루미나 나노 복합구조체만이 방치되었다. 이온 밀링 공정은 나노 크기의 하드 마스크 후에 이어졌으며 알루미나 나노 복합구조체가 제조되었다. 챔버 베이스는 8×10-7 torr 이하, 공정 진공은 6 sccm의 Ar 가스와 함께 2×10-4 torr 이하에서 시행되었다. 이온 빔은 100 V, 1 mA에 의해 가속화되었으며 이온 밀링 시간은 5 분 내지 12 분이었다.Alumina (Al 2 O 3 ) was deposited on the hole pattern transferred by vapor deposition under the same conditions as the aluminum thin film. By ultrasonication in a toluene bath, the BCP hole pattern with the PS domain was removed from the aluminum surface. After removal of the polymer domains, only the alumina nanocomposite structure for the ion milling mask on the aluminum surface was left. The ion milling process was followed by a nanoscale hardmask and an alumina nanocomposite structure was fabricated. The chamber base was operated at less than 8 × 10 -7 torr and the process vacuum was conducted at less than 2 × 10 -4 torr with Ar gas of 6 sccm. The ion beam was accelerated by 100 V, 1 mA and the ion milling time was 5 to 12 minutes.

2-3: SEM 분석2-3: SEM analysis

제조된 알루미늄 나노 복합구조체의 표면 및 측면 모폴로지를 관찰하기 위해, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM, HITACHI)가 사용되었다. 상기 제조된 모든 샘플은 수십의 나노미터 사이즈를 가졌으며, 따라서 샘플 위의 오스뮴 또는 백금 코팅은 존재하지 않았다. 이러한 전도성을 가지는 물질 코팅의 두께가 수십의 나노미터 이상이기 때문에, 샘플은 표면 모폴로지의 왜곡을 방지하기 위해 코팅 없이 관찰되었다. 도 10의 (a)는 PS-b-PMMA 블록공중합체에 의해 제조된 구멍 패턴의 평면도를, 도 10의 (b)는 알루미늄 박막 위에 주기적으로 배열된 알루미나 하드 마스크의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 10의 (c) 및 (d)는 이온 밀링 공정에 의해 제작된 샘플이다. SEM 이미지로부터, 알루미늄 나노 복합구조체는 매우 유사한 규모의 BCP 구멍 패턴을 사용하여 제작되었다는 것을 확인할 수 있다.A field emission scanning electron microscope (FE-SEM, HITACHI) was used to observe the surface and lateral morphology of the fabricated aluminum nanocomposite structure. All of the samples produced had tens of nanometers in size, and thus no osmium or platinum coatings were present on the samples. Since the thickness of such a conductive material coating is tens of nanometers or more, the sample was observed without coating to prevent distortion of the surface morphology. 10 (a) is a plan view of a hole pattern produced by a PS-b-PMMA block copolymer, and FIG. 10 (b) is an SEM image of an alumina hard mask periodically arranged on an aluminum thin film. 10 (c) and 10 (d) are samples produced by the ion milling process. From the SEM images, it can be seen that the aluminum nanocomposite structure was fabricated using a very similar scale BCP hole pattern.

2-4: AFM 분석2-4: AFM analysis

상기 제조된 알루미늄 나노 복합구조체의 표면 모폴로지는 원자력 현미경(AFM, XE-100, Park System and AFM, Nanoman, Veeco Instruments Inc.)을 사용하여 조사되었다. 원자력 현미경은 샘플의 표면 위로 프로브를 이동함으로써 표면 이미지를 생성한다. 상기 프로브는 잘 한정된 공명 주파수와 끝부분이 매우 날카로운 팁을 갖는 캔틸레버(cantilever)로 구성되어 있다. 상기 팁이 표면에 가까우면 이는 끌어당겨지거나 또는 격퇴된다. 진동 진폭 또는 주파수 팁에서의 모든 변화는 지형도(topo-graphic map)로 변환된다. 제곱 평균 제곱근 표면 거칠기와 같은 표면 모폴로지, 입자 분석, 라인 프로파일이 분석되었다. 다르게 제작된 알루미늄 나노구조의 표면 지형도는 도 11에서 나타냈다. 도 11의 (a)는 이온 밀링에 10 nm 알루미늄 막을 사용한 알루미늄 나노 반구 복합구조체를, 도 11의 (b)는 20 nm 알루미늄 막을 사용한 알루미늄 나노 반구 복합구조체를 나타낸 AFM 이미지이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 제작된 알루미늄 나노 복합구조체의 표면은 SEM 분석 결과와 잘 일치한다. 두 샘플의 높이는 유사성을 보여주었다. 더 얇은 알루미늄 막이 이온 밀링에 대한 시간을 줄여주기 때문에, 이온 밀링 공정 동안 마스크에 사용되는 알루미나 나노-도트가 높게 남아있을 수 있다. 따라서 AFM에 의해 분석된 상기 높이는 알루미늄 10 nm 샘플 및 20 nm 샘플 사이의 유사성을 보여주었다.The surface morphology of the aluminum nanocomposite structure was examined using an atomic force microscope (AFM, XE-100, Park System and AFM, Nanoman, Veeco Instruments Inc.). The atomic force microscope creates a surface image by moving the probe over the surface of the sample. The probe is composed of a cantilever with a well defined resonant frequency and a tip with a very sharp tip. When the tip is close to the surface it is pulled or repelled. Any change in vibration amplitude or frequency tip is converted to a topo-graphic map. Surface morphology such as root-mean-square surface roughness, particle analysis, and line profile were analyzed. The surface topography of the differently fabricated aluminum nanostructures is shown in FIG. 11 (a) is an AFM image showing an aluminum nano-hemispherical composite structure using a 10 nm aluminum film for ion milling and FIG. 11 (b) is an AFM image showing an aluminum nano-hemispherical composite structure using a 20 nm aluminum film. As shown in Fig. 11, the surface of the fabricated aluminum nanocomposite structure is in good agreement with the SEM analysis result. The height of the two samples showed similarity. Since the thinner aluminum film reduces the time for ion milling, the alumina nano-dots used in the mask during the ion milling process may remain high. The height analyzed by AFM thus showed similarity between 10 nm samples of aluminum and 20 nm samples.

2-5: UV-VIS 분광계로 측정된 투과도2-5: Transmittance measured with a UV-VIS spectrometer

제작된 샘플의 광학적 특성을 관찰하기 위해, 투과도 및 반사율이 측정되었다(Lambda 1050, PerkinElmer). 샘플은 투명한 석영 기판에 준비되었으며 모든 샘플의 크기는 1 cm2 이상이었다. 모든 데이터는 석영 기판의 투과도와 반사율로 일반화되었다. 상기 측정된 파장의 범위는 175 nm 내지 750 nm였다. 이는 KAIST 분석 연구 센터에서 측정되었다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 175 nm 내지 750 nm에서 UV-VIS 분광계로 측정된 투과도를 나타낸다. 10 nm 두께의 알루미늄 박(박막)을 사용한 샘플은 195 nm에서 더 뾰족한 피크를, 20 nm 두께의 알루미늄 박을 사용한 샘플은 190 nm 내지 220 nm에서 넓은 피크를 나타낸다. 가시 파장에 걸쳐, 모든 샘플은 투명한 특성을 나타냈으며, 또한 10 nm 알루미늄 샘플의 측정된 투과도는 거의 100%였다. 20 nm 알루미늄 샘플은 낮은 투과도를 보였다. 두 샘플 사이의 광학적 특성의 차이는 알루미늄 두께의 인센서멘트(incensement)를 갖는 나노 복합구조체의 향상된 흡수에 있다.To observe the optical properties of the fabricated samples, the transmittance and reflectance were measured (Lambda 1050, PerkinElmer). The samples were prepared on a transparent quartz substrate and all samples were> 1 cm 2 in size. All data are generalized to the transmittance and reflectance of the quartz substrate. The range of the measured wavelength was 175 nm to 750 nm. This was measured at the KAIST Analysis Research Center. 12 shows the transmittance measured with a UV-VIS spectrometer at 175 nm to 750 nm, as shown in FIG. Samples with aluminum foil (thin film) of 10 nm thickness exhibit a sharper peak at 195 nm and samples with 20 nm aluminum foil exhibit broad peaks at 190 nm to 220 nm. Over the visible wavelength, all samples exhibited a clear characteristic, and the measured transmittance of a 10 nm aluminum sample was also nearly 100%. 20 nm aluminum samples showed low transmittance. The difference in optical properties between the two samples is in the enhanced absorption of the nanocomposite structure with an aluminum thickness incensement.

2-6: 2-6: FDTDFDTD 시뮬레이션을 이용한 전자기적 분석 Electromagnetic analysis using simulation

상기 제조된 알루미늄 나노 복합구조체는 FDTD 시뮬레이션을 통해 분석되었다. FDTD 시뮬레이션에서, 구조는 3 nm의 자연 산화알루미늄 층으로 추정되었다. 도 13은 150 nm 내지 800 nm에서 FDTD 시뮬레이션에 의해 수치적으로 계산된 투과도를 나타낸다. 상기 투과도는 측정된 결과와 수치적으로 계산된 결과 사이에 차이를 보였다. 도 13에서, 투과도의 깊이는 측정된 결과보다 더욱 깊었다. 깊이 위치의 파장 또한 수치 시뮬레이션 결과의 적색 변위(red-shift) 였으며, 10 nm 알루미늄 샘플은 측정된 결과가 195 nm로 나타난 곳인 220 nm에서 날카로운 피크를 보였다. 측정된 결과가 220 nm에서 작은 숄더 피크(shoulder peak)와 함께 190 nm에서 하나의 큰 피크를 나타낸 반면에, 20 nm 알루미늄 샘플은 전송 스펙트럼에서 넓은 2 개의 피크를 보여주었다. 이러한 차이점은 FDTD 시뮬레이션과 제조된 샘플 사이의 구조 차이로부터 온 것이다. 시뮬레이션에서, 알루미늄 나노 복합구조체는 40 nm의 직경, 60 nm의 중심-대-중심 거리를 갖도록 가정되었고, 구조는 완벽하게 주기적이며 대칭적으로 가정되었다. 광학적 반응은 나노 복합구조체에 크게 의존하고, 구조 차원에서의 작은 차이점은 상이한 광학적 반응을 일으킬 수 있다. 제작된 샘플은 입자 크기 분포 및 중심-대-중심 분포를 모두 갖는다. 또한 알루미늄 플라즈몬은 증착 환경에 크게 의존하며 또한 알루미늄 나노 복합구조체의 산소 함유량은 플라즈모닉 반응에 영향을 미치므로, 제작된 알루미늄 나노 복합구조체를 수치적 시뮬레이션으로 정확하게 재현하는 것이 어렵다고 할 수 있다.The aluminum nanocomposite structure thus prepared was analyzed by FDTD simulation. In the FDTD simulation, the structure was estimated to be a natural aluminum oxide layer of 3 nm. 13 shows the transmittance calculated numerically by FDTD simulation at 150 nm to 800 nm. The transmittance showed a difference between the measured and numerically calculated results. In Figure 13, the depth of the permeability was deeper than the measured result. The wavelength of the depth position was also the red-shift of the numerical simulation results and the 10 nm aluminum sample showed a sharp peak at 220 nm where the measured result was 195 nm. While the measured result showed one large peak at 190 nm with a small shoulder peak at 220 nm, the 20 nm aluminum sample showed two broad peaks in the transmission spectrum. This difference comes from the structural difference between the FDTD simulation and the fabricated sample. In the simulation, the aluminum nanocomposite structure was assumed to have a diameter of 40 nm, a center-to-center distance of 60 nm, and the structure was assumed to be perfectly periodic and symmetric. The optical response is highly dependent on the nanocomposite structure, and small differences in the structural dimension can cause different optical responses. The fabricated sample has both a particle size distribution and a center-to-center distribution. In addition, since aluminum plasmons are highly dependent on the deposition environment and the oxygen content of the aluminum nanocomposite structure affects the plasmonic reaction, it is difficult to accurately reproduce the aluminum nanocomposite structure by numerical simulation.

비록 제작된 구조는 갭이 20 nm 수준으로 크기 때문에, 제안된 조밀하게 배열된 단위 구조체와는 차이가 있지만, BCP 리소그래피에 의해 실현된 알루미늄 반구형 나노 복합구조체는 시뮬레이션 결과와 유사한 광학 특성을 보여준다. 도 14에서, 유효 굴절률이 수치적 시뮬레이션으로부터 도출되었다. 높이가 증가함에 따라, 갭의 폭은 상기 구조의 직경이 40 nm로 일정하기 때문에 감소된다. 그러므로, 20 nm 두께를 갖는 샘플이 더 높은 유효 굴절률 값을 나타낸다. 상기 도출된 값이 높은 것은 아니지만, 단순한 구조의 가시광 메타물질의 실현 가능성을 보여주며, 시뮬레이션에서 확인되는 바와 같이 20 nm 수준인 현 샘플의 갭을 10 nm 이하로 줄인다면 더 높은 굴절률을 얻을 수 있음을 나타낸다.Although the fabricated structure has a gap of 20 nm, the aluminum hemispherical nanocomposite structure realized by BCP lithography exhibits optical characteristics similar to the simulation results, although it differs from the proposed densely arrayed unit structure. In Fig. 14, the effective refractive index was derived from a numerical simulation. As the height increases, the width of the gap decreases because the diameter of the structure is constant at 40 nm. Therefore, a sample with a thickness of 20 nm exhibits a higher effective refractive index value. Although the above derived value is not high, it shows the feasibility of a simple structure of visible meta material. As can be seen from the simulation, if the gap of the current sample at 20 nm level is reduced to 10 nm or less, a higher refractive index can be obtained .

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (17)

나노입자 및 호스트 물질을 포함하는 단위 구조체들을 포함하며,
상기 단위 구조체는 3 차원으로 배열되어 있는 것인,
메타물질 나노 복합구조체.
Comprising nanoparticles and unit structures comprising a host material,
Wherein the unit structures are arranged in three dimensions.
Metamaterial nanocomposite structure.
제 1 항에 있어서,
상기 메타물질 나노복합 구조체는 가시광선, 자외선, 적외선, 및 이들의 조합들로부터 선택되는 파장대역에서 고굴절률을 가지는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the meta-material nanocomposite structure has a high refractive index in a wavelength band selected from visible light, ultraviolet light, infrared light, and combinations thereof.
제 2 항에 있어서,
상기 메타물질 나노복합 구조체는 200 nm 이하의 파장에서 1.5 이상의 극대 굴절률을 가지는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the meta-material nanocomposite structure has a maximum refractive index of 1.5 or more at a wavelength of 200 nm or less.
제 2 항에 있어서,
상기 메타물질 나노복합 구조체는 200 nm 내지 400 nm의 자외선 파장에서 2 이상의 극대 굴절률을 가지는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the meta-material nanocomposite structure has a maximum refractive index of 2 or more at an ultraviolet wavelength of 200 nm to 400 nm.
제 2 항에 있어서,
상기 메타물질 나노복합 구조체는 400 nm 내지 700 nm의 가시광선 파장에서 4 이상의 극대 굴절률을 가지는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the meta-material nanocomposite structure has a maximum refractive index of 4 or more at a visible light wavelength of 400 nm to 700 nm.
제 2 항에 있어서,
상기 메타물질 나노복합 구조체는 700 nm 이상의 적외선 파장에서 5 이상의 극대 굴절률을 가지는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
3. The method of claim 2,
Wherein the meta-material nanocomposite structure has a maximum refractive index of 5 or more at an infrared wavelength of 700 nm or more.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 상기 호스트 물질에 의해 둘러싸여 있는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticles in the unit structure are surrounded by the host material.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 유전율의 실수 부분이 음수인 물질을 포함하고, 상기 호스트 물질은 유전율의 실수 부분이 양수인 물질을 포함하는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticles in the unit structure comprise a material whose real part of the permittivity is negative, and the host material comprises a material whose real part of the permittivity is positive.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체에서 상기 나노입자의 크기는 상기 나노입자의 침투 깊이에 상응하거나 또는 더 작은 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the size of the nanoparticles in the unit structure corresponds to or is smaller than the depth of penetration of the nanoparticles.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체는 등방성 또는 비등방성을 가지고 3 차원으로 배열되어 있는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the unit structure is three-dimensionally arranged with an isotropic or anisotropic property.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 사면체형, 육면체형, 팔면체형, 십이면체형, 십사면체형, 이십면체형, 막대형, 오목한 정사면체형, 정사면체형, 쌍정형, 구형, 타원체형, 또는 실린더형을 가지는 것을 포함하는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
In the unit structure, the nanoparticles may have a shape selected from the group consisting of a tetragonal, hexahedral, octahedral, tetragonal, tetragonal, icosahedral, rod-shaped, concave tetragonal, square, twin, spherical, Wherein the meta-material nanocomposite structure comprises a nanocomposite structure.
제 1 항에 있어서,
상기 나노입자는 등방성을 가지는(isotropic) 구형, 정사면체형, 정육면체형, 정팔면체형, 정십이면체형, 정십사면체형, 또는 정이십면체형 형상을 가지는 것을 포함하는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticle comprises an isotropic spherical shape, a tetrahedral shape, a cube shape, an octahedral shape, a quadrilateral shape, a tetragonal tetrahedral shape, or a quadrilateral shape.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 구조체에서 상기 나노입자는 인접한 나노입자와의 간격이 10 nm 이하인 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
The method according to claim 1,
Wherein the nanoparticles in the unit structure are spaced apart from adjacent nanoparticles by 10 nm or less.
제 8 항에 있어서,
상기 나노입자의 유전율의 실수 부분이 음수인 물질은 금속 물질, 탄소계 물질, 도핑에 의해 캐리어 밀도가 향상된 반도체 물질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
9. The method of claim 8,
Wherein the material having a negative real part of the permittivity of the nanoparticles comprises a material selected from the group consisting of a metal material, a carbon-based material, a semiconductor material having improved carrier density by doping, and combinations thereof. Nanocomposite structure.
제 8 항에 있어서,
상기 호스트 물질의 유전율의 실수 부분이 양수인 물질은 산화물, 질화물, 전하밀도가 낮은 반도체 물질, 고분자 물질, 유기 물질, 액상 물질, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 것인, 메타물질 나노복합 구조체.
9. The method of claim 8,
Wherein the material in which the real part of the dielectric constant of the host material is positive comprises a material selected from the group consisting of oxides, nitrides, semiconductor materials of low charge density, polymeric materials, organic materials, liquid materials, Metamaterial nanocomposite structure.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 메타물질 나노 복합구조체
를 포함하는, 광학용 필름.
The meta-material nanocomposite structure according to any one of claims 1 to 15
And an optical film.
제 16 항에 있어서,
상기 광학용 필름은 고굴절률을 이용하여 광리소그래피 또는 광학 현미경의 분해능을 향상시키는 것인, 광학용 필름.
17. The method of claim 16,
Wherein the optical film improves resolution of the optical lithography or optical microscope by using a high refractive index.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112558419A (en) * 2020-12-18 2021-03-26 中国科学院光电技术研究所 Processing method of large-caliber flexible optical super-structure surface structure

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102198644B1 (en) * 2018-07-10 2021-01-05 한국과학기술원 Meta-material including core-shell particles
KR102347673B1 (en) * 2019-03-29 2022-01-07 한국과학기술원 Temperature sensitive smart radiative cooling device
CN110718763B (en) * 2019-09-17 2020-08-04 北京航空航天大学 Tunable metamaterial device based on CMOS (complementary Metal oxide semiconductor) process
CN113249700B (en) * 2021-05-28 2023-06-13 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 Metamaterial with infrared high refractive index and low dispersion and preparation method thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101061999B1 (en) * 2008-10-27 2011-09-05 김기환 Heating wire insertion device and method of hot water pipe
KR100994129B1 (en) * 2008-10-27 2010-11-15 한국전자통신연구원 Planar meta-material having negative permittivity, negative permeability, and negative refractive index, planar meta-material structure comprising the same planar meta-material, and antenna system comprising the same planar meta-material structure
KR101319908B1 (en) * 2011-02-16 2013-10-18 한국과학기술원 High refractive index metamaterial
JP6082938B2 (en) * 2012-03-05 2017-02-22 国立大学法人京都工芸繊維大学 3D metamaterial
GB2500232B (en) * 2012-03-14 2015-07-22 Lamda Guard Technologies Ltd An optical device
JP6199586B2 (en) * 2013-03-28 2017-09-20 旭化成株式会社 Meta-material designed by meta-material design method, meta-material design system and program

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112558419A (en) * 2020-12-18 2021-03-26 中国科学院光电技术研究所 Processing method of large-caliber flexible optical super-structure surface structure

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